自适应均衡器的研究与仿真设计(毕业论文)

武汉理工大学毕业设计（论文）1武汉理工大学毕业设计（论文）自适应均衡器的研究与仿真设计学院（系）：信息工程学院专业班级：通信工程0606班学生姓名：张小曼指导教师：王蓝蓝老师武汉理工大学毕业设计（论文）2学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日武汉理工大学毕业设计（论文）3毕业设计(论文)任务书学生姓名：张艳敏专业班级：通信工程0606指导教师：王原丽老师工作单位：信息工程学院设计(论文)题目:自适应均衡器的研究与仿真设计设计（论文）主要内容：由于多径衰落引起的时延扩展造成了高速数据传输时码元之间的干扰。采用增加平均信号电平的方法也无法降低时延扩展引起的误码率，只有采用自适应均衡技术，才是根本的解决办法。目前广泛利用横向滤波器作时域均衡器，它可根据信道特性的变化而进行调整。要求结合均衡的原理作出仿真分析，并做出仿真效果图。要求完成的主要任务：1、根据已学的理论知识分析均衡的原理及干扰。2、设计理想效果的均衡器，并进行仿真。3、完成设计论文，其字数一般不少于12000字（至少含10幅图）。4、完成不少于5000汉字或2万英文印刷符的相关文献的翻译。5、根据毕业设计有关规范，按时完成所有学习、研究工作和有关文档，所有文档、图纸一律用计算机打印，并遵守有关国标及规范。必读参考资料：[1]樊昌信等著.通信原理(第五版).北京：国防工业出版社，2006年6月．[2]罗军辉．MATLAB7.0在图像处理中的应用[M]．北京：机械工业出版社，2005年．[3]郭业才著．自适应盲均衡技术．安徽：合肥工业大学出版社，2007年．[4]丁玉美，高西全．数字信号处理．西安：西安电子科技大学出版社，2006年．[5]GaryAH,etal.Digitallatticeandladderfiltersynthesis.IEEETrans.AudioElectronacoust,Dec.1973,vol.AU-21:491．指导教师签名系主任签名院长签名（章）武汉理工大学毕业设计（论文）4武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）在信息日益膨胀的数字化、信息化时代，通信系统担负了重大的任务，这要求数字通信系统向着高速率、高可靠性的方向发展。信道均衡是通信系统中一项重要的技术，能够很好的补偿信道的非理想特性，从而减轻信号的畸变，降低误码率在高速通信、无线通信领域，信道对信号的畸变将更加的严重，因此信道均衡技术是不可或缺的。自适应均衡能够自动的调节系数从而跟踪信道，成为通信系统中一项关键的技术。均衡技术最早应用于电话信道，由于电话信道频率特性不平坦和相位的非线性引起时间的弥散，使用加载线圈的均衡方法来改进传送语音用的双绞线电缆的特性。上世纪六十年代以前，均衡器的参数是固定的或手调的，其性能很差。Lucky对自适应均衡器的研究作了很大的贡献，1965年，他根据极小极大准则提出了一种“迫零自适应均衡器”。第二年，他又将此算法推广到跟踪方式。Lucky的工作推动了对自适应均衡器的研究。1965年DiToro独立把自适应均衡器应用于对抗码间干扰对高频链路数据传输的影响。1967年，Austin提出了判决——反馈均衡器。1969年，Gersho以及Proakis和Mi1le使用最小均方误差准则独立的重新描述了自适应均衡器问题。1970年，Brady提出分数间隔自适应均衡器方案。1972年，Ungerboeck对采用自适应最小均方误差算法的均衡器的收敛性进行了详细的分析。1974年，Godard应用卡尔曼滤波器理论推导出了调整横向均衡滤波器抽头加权系数的一种高效算法——快速卡尔曼算法。1978年，Falconer和Ljung介绍了快速卡尔曼算法的一种修正，从而将其计算复杂性简化到可与简单的LMS算法比较的程度。Satorius和Alexander在1979年、Satorius和Pack在1981年证明了色散信道格型自适应均衡器算法的实用性。在高速数字移动通信、数字微波无线通信系统和作为重要的远程通信和军事通信手段之一的短波通信系统中,由于多径与衰落现象引起码间干扰,系统性能恶化。采用适当有效的自适应均衡技术,可以克服数据传输在频带利用率、误码武汉理工大学毕业设计（论文）5随机信号信道噪声延时横向滤波器自适应滤波器∑∑率性能以及传输速率上的许多缺点。自适应均衡就是通过接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性以抵消信道时变多径传播引起的干扰，可消除波形叠加、码间串扰，也能减小加性噪声干扰，从而减小误码的技术。均衡分为频域均衡和时域均衡。频域均衡指总的传输函数满足无失真传输的条件。时域均衡是使总冲击响应满足无码间干扰的条件。在实际电路中，往往同时采用频域和时域自适应均衡器，最大限度地提高电路的抗衰落能力。2、基本内容和技术方案首先要熟悉自适应线性均衡器基本原理。均衡器通常是用滤波器来实现的，使用滤波器来补偿失真的脉冲，判决器得到的解调输出样本，是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。自适应均衡器直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的状态，从而有更好的失真补偿性能。下图为数据传输中的自适应均衡器。自适应均衡器一般包含两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。首先，发射机发射一个己知的定长的训练序列，以便接收机处的均衡器可以做出正确的设置。典型的训练序列是一个二进制伪随机信号或是一串预先指定的数据位，而紧跟在训练序列后被传送的是用户数据。接收机处的均衡器将通过递归算法来评估信道特性，并且修正滤波器系数以对信道做出补偿。在设计训练序列时，要求做到即使在最差的信道条件下，均衡器也能通过这个训练序列获得正确的滤波系数。这样就可以在收到训练序列后，使得武汉理工大学毕业设计（论文）6均衡器的滤波系数已经接近于最佳值。而在接收数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道，自适应均衡器将不断改变其滤波特性。均衡器从调整参数至形成收敛，整个过程是均衡器算法、结构和通信变化率的函数。为了能有效的消除码间干扰，均衡器需要周期性的做重复训练。在数字通信系统中用户数据是被分为若干段并被放在相应的时间段中传送的，每当收到新的时间段，均衡器将用同样的训练序列进行修正。均衡器一般被放在接收机的基带或中频部分实现，基带包络的复数表达式可以描述带通信号波形，所以信道响应、解调信号和自适应算法通常都可以在基带部分被仿真和实现。然后设计理想效果的均衡器，并进行仿真。我们知道信道均衡器均衡器的作用是在信道通带内形成一个信道传输函数的逆，而在通带之外它的增益则很小或者为零。因而，由信道和均衡器级联组成的系统在通带内有基本均匀的振幅特性，而带外基本为零，相位响应在带内是频率的线性函数。如果条件满足，联合冲激响应就是辛格函数，符号间干扰可以消除。自适应调整也解决了信道本身未知，时变的特性所带来的困难。逆模拟用一个自适应横向滤波器(LMS滤波器)，由于输入x(k)的信号带宽受信道带宽的限制，因而，自适应滤波器仅需在信道的通带内去均衡信道的振幅和相位特性。如果能知道信道的输入，并考虑到整个系统的延迟，就可得到期望响应d(k)，但是一般是难于获得的。周期性地中断信息传输，发射一些已知的码序列，便可以进行自适应调整。贝尔电话实验室的拉克提供了一种得到期望响应d(k)的方法，这种方法用自适应滤波器自身输出提供d(k)，因此避免了对发射信号任何先验信息的依赖，拉克称该方法为“判决指向学习”。更确切地说，期望信号d(k)=sgny(k)，如图3.4.2所示，它是由一个量化滤波器产生的。由于数据是二进制的，若不考虑噪声影响，则经适当均衡了的信道在选通时间内的取样输出为+1或-1，然后将滤波器输出和经量化后的输出比较，产生误差信号e(k)。由于均衡器输出应该在适当的选通时间内唯一地表示各自的辛格脉冲，因而自适应只许在选通时间内进行，这可用与发射信号同步的闸门脉冲对误差信号e(k)选通来实现。从平均意义上来说，如果量化后的期望响应是正确的，则自适应将沿着正确的方向进行。武汉理工大学毕业设计（论文）73、进度安排第1-4周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告。第5-6周：熟悉相关设计工具及MATLAB软件。第7-9周：设计理想效果的均衡器做出仿真图。第10-13周：完成并修改论文。第14周：完成相关文献翻译。第15周：准备论文答辩。4、指导教师意见指导教师签名：年月日武汉理工大学毕业设计（论文）8目录摘要.....................................................................................................................................错误!未定义书签。Abstract.................................................................................................................................................................I1绪论...................................................................................................................................................................11.1引言........................................................................................................................................................11.2自适应均衡的研究发展概况...............................................................................................................11.3本论文的研究内容及主要工作...........................................................................................................22信道、码间干扰及均衡技术...........................................................................................................................32.1信道..................................................................................................................................